CN214096342U - 一种基于ofdr的振动信号自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于OFDR的振动信号自动检测装置，包括可调谐窄线宽激光器、隔离器、耦合器、待测光纤、反射镜、光电探测器、以及电信号采集与处理模块；可调谐窄线宽激光器的输出端连接隔离器的输入端；隔离器的输出端连接耦合器的一侧的一个端口，耦合器的同一侧的另一端口经由检测光电探测器连接电信号采集与处理模块；耦合器的另一侧的一个端口接反射镜，耦合器的另一侧的一个端口接待测光纤。本实用新型可根据信号的实时变化自动实现对振动信号的检测与判别。

Description

一种基于OFDR的振动信号自动检测装置

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于OFDR的振动信号自动检测装置。

背景技术

分布式光纤振动检测系统主要分为基于干涉仪和基于相位敏感光时域反射仪两类。基于干涉仪的分布式光纤振动检测方法通常需要多根纤芯，并在检测末端施加额外辅助装置。基于相位敏感光时域反射仪的方法只需要利用光缆中一根纤芯即可完成整条线路的检测，且不需要进行末端处理，但是与干涉仪型的检测方法一样，他们都不具备跨中继检测的能力，在采用中继器的长距离光缆线路系统中无法实现跨中继振动监测。

OFDR(光频域反射)由于具有高空间分辨率和大动态测量范围，作为一种先进的光纤测量技术被广泛地应用到光缆的日常监测和维护当中，与传统振动检测方法相比，其只需要两根上下行纤芯即可完成长达上千公里的跨中继线路振动和损耗监测。但是由于OFDR对振动的敏感性较低和较长的测量时间，很少被用于振动信号的检测中。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是OFDR检测振动的不敏感特性和测量时间长的问题，提供一种基于OFDR的振动信号自动检测装置。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于OFDR的振动信号自动检测装置，包括可调谐窄线宽激光器、隔离器、耦合器、待测光纤、反射镜、光电探测器、以及电信号采集与处理模块；可调谐窄线宽激光器的输出端连接隔离器的输入端；隔离器的输出端连接耦合器的一侧的一个端口，耦合器的同一侧的另一端口经由光电探测器连接电信号采集与处理模块；耦合器的另一侧的一个端口接反射镜，耦合器的另一侧的一个端口接待测光纤。

另一种基于OFDR的振动信号自动检测装置，包括可调谐窄线宽激光器、主通道耦合器、检测通道隔离器、检测通道单元、校正通道隔离器、校正通道单元、以及电信号采集与处理模块；检测通道单元由检测耦合器、待测光纤、检测反射镜和检测光电探测器组成；检测耦合器的一侧包括至少2个端口，其中一个端口形成检测通道单元的输入端，另一个端口与检测光电探测器的输入端连接，检测光电探测器的输出端形成检测通道单元的输出端；检测耦合器的另一侧包括至少2个端口，其中一个端口接检测反射镜，另一个端口接待测光纤；校正通道单元由校正耦合器、延时光纤、2个校正反射镜和校正光电探测器组成；校正耦合器的一侧包括至少2个端口，其中一个端口形成校正通道单元的输入端，另一个端口与校正光电探测器的输入端连接，校正光电探测器的形成校正通道单元的输出端；校正耦合器的另一侧包括至少2个端口，其中一个端口接一个校正反射镜，另一端口经延时光纤接另一个校正反射镜；可调谐窄线宽激光器的输出端连接主通道耦合器的输入端；主通道耦合器的一个输出端连接检测通道单元的输入端，主通道耦合器的另一个输出端连接校正通道单元的输入端；检测通道单元的输出端和校正通道单元的输出端连接电信号采集与处理模块的输入端。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1、实现OFDR对振动信号的检测和定位；

2、可根据信号的实时变化自动实现对振动检测的判别；

3、只需要做简单的互相关运算，降低运算复杂度，具有很快的响应速度。

附图说明

图1为一种基于OFDR的振动信号自动检测装置的原理图。

图2为另一种基于OFDR的振动信号自动检测装置的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型的工作原理为：光缆某点处有外界振动产生时，该点处的光缆则会产生微弱的形变，继而此处的折射率会发生改变。折射率的改变则间接导致此处的后向瑞利散射信号的幅度发生改变。因此，后向瑞利散射光与返回的参考光在耦合器处发生差频干涉，干涉后的拍频信号经光电探测器接收后，再由电信号采集与处理模块进行信号处理与分析，最终确定有振动信号产生。

一种基于OFDR的振动信号自动检测装置，如图1所示，包括可调谐窄线宽激光器、隔离器、耦合器、待测光纤、反射镜、光电探测器、以及电信号采集与处理模块；可调谐窄线宽激光器的输出端连接隔离器的输入端；隔离器的输出端连接耦合器的一侧的一个端口，耦合器的同一侧的另一端口经由光电探测器连接电信号采集与处理模块；耦合器的另一侧的一个端口接反射镜，耦合器的另一侧的一个端口接待测光纤。

可调谐窄线宽激光器发出的光经过隔离器进入耦合器，耦合器将其分成两束光，其中一束光经一个反射镜后反射回耦合器中，另一束光在通过待测光纤时发生瑞利散射后返回耦合器中。待测光纤返回的后向瑞利散射光与经反射镜直接反射回的光在耦合器中进行差频干涉，产生的差频干涉信号经过光电探测器接收后送入电信号采集与处理模块进行信号处理与分析，实现振动信号检测。

当有振动产生时，电信号采集与处理模块通过分段互相关运算，获取OFDR频谱上每段谱线上的最大互相关系数，然后重构成随频率分布的互相关系数曲线。当测得互相关系数曲线小于自动判别曲线的阈值时，即可检测到振动的产生。然后根据OFDR频率与距离的线性对应关系，确定振动发生的位置。在本实施中，可调谐激光器线宽约为1kHz，中心波长为1550nm，光源的输出功率约为10mw，调谐速率为120GHz，采样频率为100MHz，光源的调谐范围为600MHz，扫描有效时间为0.005s。由于可调谐激光器的非线性调谐效应，导致测量的空间分辨率较差，因此需要在检测通道单元的基础上，增设一路校正通道单元。校正通道单元的主要作用是用来估计由于非线性调谐带来的非线性相位，然后根据这个估计值设计合适去斜滤波器算法进行非线性补偿。

另一种基于OFDR的振动信号自动检测装置，如图2所示，包括可调谐窄线宽激光器、主通道耦合器、检测通道隔离器、检测通道单元、校正通道隔离器、校正通道单元、以及电信号采集与处理模块；检测通道单元由检测耦合器、待测光纤、检测反射镜和检测光电探测器组成；检测耦合器的一侧包括至少2个端口，其中一个端口形成检测通道单元的输入端，另一个端口与检测光电探测器的输入端连接，检测光电探测器的输出端形成检测通道单元的输出端；检测耦合器的另一侧包括至少2个端口，其中一个端口接检测反射镜，另一个端口接待测光纤；校正通道单元由校正耦合器、延时光纤、2 个校正反射镜和校正光电探测器组成；校正耦合器的一侧包括至少2个端口，其中一个端口形成校正通道单元的输入端，另一个端口与校正光电探测器的输入端连接，校正光电探测器的形成校正通道单元的输出端；校正耦合器的另一侧包括至少2个端口，其中一个端口接一个校正反射镜，另一端口经延时光纤接另一个校正反射镜；可调谐窄线宽激光器的输出端连接主通道耦合器的输入端；主通道耦合器的一个输出端连接检测通道单元的输入端，主通道耦合器的另一个输出端连接校正通道单元的输入端；检测通道单元的输出端和校正通道单元的输出端连接电信号采集与处理模块的输入端。

可调谐窄线宽激光器发出的光经主通道耦合器后分成两束光，一束光经过检测通道隔离器进入检测通道单元的输入端，另一束光经过校正通道隔离器进入校正通道单元的输入端。从检测通道隔离器出来的光经检测耦合器后再分成两束光，其中一束光经一个检测反射镜后反射回检测耦合器中，另一束光在通过待测光纤时发生瑞利散射后返回检测耦合器中。待测光纤返回的后向瑞利散射光与经检测反射镜直接反射回的光在检测耦合器中进行差频干涉，产生的差频干涉信号经过检测光电探测器接收后送入电信号采集与处理模块进行信号处理与分析，实现振动信号检测。从校正通道隔离器出来的光经校正耦合器后再分成两束光，其中一束光经一个校正反射镜后反射回校正耦合器中，另一束光在通过延时光纤时发生瑞利散射，并经由另一个校正反射镜后反射回校正耦合器中。延时光纤返回的后向瑞利散射光与经校正反射镜直接反射回的光在校正耦合器中进行差频干涉，产生的差频干涉信号经过校正光电探测器接收后送入电信号采集与处理模块进行信号处理与分析，实现非线性补偿。

当有振动产生时，电信号采集与处理模块利用检测通道单元的信号通过分段互相关运算，获取OFDR频谱上每段谱线上的最大互相关系数，然后重构成随频率分布的互相关系数曲线。当测得互相关系数曲线小于自动判别曲线的阈值时，即可检测到振动的产生。然后根据OFDR频率与距离的线性对应关系，确定振动发生的位置。在本实施中，可调谐激光器线宽约为1kHz，中心波长为1550nm，光源的输出功率约为10mw，调谐速率为120GHz，采样频率为100MHz，光源的调谐范围为600MHz，扫描有效时间为0.005s。由于可调谐激光器的非线性调谐效应，导致测量的空间分辨率较差，因此需要在检测通道单元的基础上，增设一路校正通道单元。校正通道单元的主要作用是用来估计由于非线性调谐带来的非线性相位，然后根据这个估计值设计合适去斜滤波器算法进行非线性补偿。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (2)

1.一种基于OFDR的振动信号自动检测装置，其特征是，包括可调谐窄线宽激光器、隔离器、耦合器、待测光纤、反射镜、光电探测器、以及电信号采集与处理模块；

可调谐窄线宽激光器的输出端连接隔离器的输入端；隔离器的输出端连接耦合器的一侧的一个端口，耦合器的同一侧的另一端口经由光电探测器连接电信号采集与处理模块；耦合器的另一侧的一个端口接反射镜，耦合器的另一侧的一个端口接待测光纤。

2.一种基于OFDR的振动信号自动检测装置，其特征是，包括可调谐窄线宽激光器、主通道耦合器、检测通道隔离器、检测通道单元、校正通道隔离器、校正通道单元、以及电信号采集与处理模块；

检测通道单元由检测耦合器、待测光纤、检测反射镜和检测光电探测器组成；检测耦合器的一侧包括至少2个端口，其中一个端口形成检测通道单元的输入端，另一个端口与检测光电探测器的输入端连接，检测光电探测器的输出端形成检测通道单元的输出端；检测耦合器的另一侧包括至少2个端口，其中一个端口接检测反射镜，另一个端口接待测光纤；

校正通道单元由校正耦合器、延时光纤、2个校正反射镜和校正光电探测器组成；校正耦合器的一侧包括至少2个端口，其中一个端口形成校正通道单元的输入端，另一个端口与校正光电探测器的输入端连接，校正光电探测器的形成校正通道单元的输出端；校正耦合器的另一侧包括至少2个端口，其中一个端口接一个校正反射镜，另一端口经延时光纤接另一个校正反射镜；

可调谐窄线宽激光器的输出端连接主通道耦合器的输入端；主通道耦合器的一个输出端连接检测通道单元的输入端，主通道耦合器的另一个输出端连接校正通道单元的输入端；检测通道单元的输出端和校正通道单元的输出端连接电信号采集与处理模块的输入端。

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